Loading article…
液体窒素洗浄は、肥料製造工場内でアンモニア合成ガスを製造するために主に使用されるプロセスです。これは通常、実際のアンモニア製造の上流にあるアンモニア製造プロセスシーケンスの最後の精製ステップです。[1]
競合技術
実際のアンモニア生産の上流にある最終精製工程の目的は、敏感なアンモニア合成触媒にとって有毒な成分をすべて除去することです。[2]これは、以下の概念で行うことができます。
- メタン化は、正式には標準的な概念ですが、このプロセスでは炭素酸化物（一酸化炭素と二酸化炭素）がメタンに変換されるメタン含有量が除去されず、むしろ増加するという欠点が。 [ 2 ] [3]
- 圧力スイング吸着は低温シフト、二酸化炭素除去、メタン化を置き換えることができます。 [2]このプロセスでは純粋な水素が生成され、純粋な窒素と混合できるためです。 [3]
- 液体窒素洗浄は、いわゆる「不活性ガスフリー」アンモニア合成ループ用のアンモニア合成ガスを生成し、パージガスストリームを抜き取ることなく動作することができます。[3]
機能
液体窒素洗浄には主に2つの機能がある: [1]
一酸化炭素は、敏感なアンモニア合成触媒にとって有毒であるため、合成ガス（合成ガス）から完全に除去する必要があります。[4]アルゴンとメタンの 成分はアンモニア合成ループ内では不活性ガスですが、そこで濃縮され、合成ガスの損失を伴うパージガスシステム、またはパージガス分離ユニットの追加費用が必要になります。供給ガスの主な供給源は部分酸化プロセスです。
上流合成ガス準備
部分酸化プロセスから排出される合成ガスは主に一酸化炭素と水素で構成されているため、通常は、できるだけ多くの一酸化炭素を水素に変換するために、硫黄耐性のある CO シフト（水性ガスシフト反応）が導入されます。
一酸化炭素と水を水素に変換すると二酸化炭素も生成されますが、これは通常、酸性ガス洗浄プロセスで、例えば硫化水素などの他の酸性ガスとともに除去されます（例えば、レクチゾル洗浄ユニット内）。[1]
コンポーネント
液体窒素洗浄は
- 吸着ユニットは、上流の酸性ガス洗浄プロセスの溶媒痕跡（メタノール、水など）、二酸化炭素の痕跡、またはその他の化合物の痕跡を分子ふるい床で完全に除去し、凍結[1]とその後の80 K（-193 °Cまたは-315 °F） [5]までの温度で動作する低温プロセスでの閉塞を回避するために、吸着ユニットです。
- 実際の液体窒素洗浄は、いわゆるコールドボックス内に密閉されており、その中に極低温プロセス機器がすべて配置され、周囲からの熱の侵入を最小限に抑えるために断熱されています。[6]
動作原理
液体窒素洗浄という名称は少し誤解を招きやすい。なぜなら、洗浄に使用するために外部から供給される液体窒素ではなく、上流の部分酸化用の酸素も通常供給する空気分離装置によって供給される高圧窒素ガスだからである。[7]
この高圧窒素ガスはプロセス中に部分的に液化され、洗浄剤として使用される。いわゆる窒素洗浄カラムでは、不純物である一酸化炭素、アルゴン、メタンが、この液体窒素によって合成ガスから洗い流される。これらの不純物は少量の水素とともに溶解され、カラムの底部から排出される。精製されたガスはカラムの上部から排出される。精製された合成ガスは温められ、水素と窒素の比率が 3 対 1 になるように必要な量の高圧窒素ガスと混合され、その後、アンモニア合成
に送られる。[5]
約50 bar(a)を超える動作圧力では、液体窒素洗浄の冷却需要はジュール・トムソン効果によってカバーされ、[4]液体窒素の気化などによる追加の外部冷却は必要ありません。
液体窒素洗浄とレクチゾルプロセスの組み合わせの利点
液体窒素洗浄は、レクチソル洗浄ユニットと組み合わせると特に効果的です。レクチソル洗浄ユニットと液体窒素洗浄の組み合わせと相互接続の利点により、装置の小型化と操作性の向上が実現します。レクチソル
洗浄ユニットからのガスは、低温で液体窒素洗浄に送ることができます（メタノール吸収装置から直接、温めずに）。[5]精製されたガスの一部はレクチソル洗浄ユニットで再加熱されるため、流量と温度の小さな変動は簡単に補正でき、操作性が最適になります。
水素回収率を向上させるために、液体窒素洗浄からレクチソル洗浄ユニットへの統合水素リサイクルを設置することができます。これは、レクチソル洗浄ユニットの既存のリサイクルコンプレッサーを使用して、液体窒素洗浄からの水素を豊富に含むフラッシュガスをレクチソル洗浄ユニットの供給ガスにリサイクルします。これにより、追加の装置なしで非常に高い水素回収率が得られます。
参考文献
- ^ abcd 国連工業開発機関、国際肥料開発センター、肥料マニュアル、Springer Science & Business Media、1998年3月31日、184ページ以降
- ^ abc Max Appl、Modern Production Technologies、CRU Publishing Ltd、1997年2月、29ページ以降
- ^ abc A. Nielsen（編）、アンモニア、触媒および製造、Springer-Verlag、1995年、216ページ以降
- ^ クリストファー・ヒグマン、マールテン・ファン・デル・バーグト共著『ガス化』第2版、ガルフ・プロフェッショナル・パブリッシング、2008年、354ページ以降
- ^ abc H. ハウゼン、H. リンデ、Tieftemperaturtechnik、Springer Verlag、1985 年、414 ページ以降
- ^ リンデエンジニアリング。「液体窒素洗浄」
- ^ ジェームズ・A・ケント、『ケントとリーゲルの工業化学とバイオテクノロジーハンドブック：第1巻』、シュプリンガー・サイエンス＆ビジネス・メディア、1023ページ
外部リンク
- 窒素洗浄によるガス流浄化プロセスに関する特許 EP0256413 A2
- 液体窒素洗浄、リンデエンジニアリング
- 液体窒素洗浄、エア・リキード